[发明专利]一种非接触式生理信号检测方法

摘要

本发明公开一种非接触式生理信号检测方法，包括以下步骤：通过多普勒雷达传感器向人体胸腔发射连续波雷达信号；将回波信号和发射震荡频率信号进行混频处理并检波后获取反应人体呼吸和心跳变化的低频信号；对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配并滤除低频信号中的直流分量；将经步骤S3处理后的信号进行信号放大；通过0.1Hz‑10Hz的带通滤波器对其输入信号进行滤波处理；采用数字滤波技术将经步骤S5处理后的信号进行频率滤波从而获取呼吸信号和心跳信号。采用本发明的技术方案，通过将通用多普勒雷达传感器工作在连续波模式，并采用多级滤波方法，从而实现非接触检测人体生理信号，避免传统接触式检测设备带给患者的束缚和不舒适感。

主权项

1.一种非接触式生理信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过多普勒雷达传感器向人体胸腔发射连续波雷达信号；步骤S2：将回波信号和发射震荡频率信号进行混频处理并检波后获取反应人体呼吸和心跳变化的低频信号；步骤S3：对多普勒雷达传感器输出端进行阻抗匹配并滤除低频信号中的直流分量；步骤S4：将经步骤S3处理后的信号进行信号放大；步骤S5：通过0.1Hz‑10Hz的带通滤波器对其输入信号进行滤波处理；步骤S6：采用数字滤波技术将经步骤S5处理后的信号进行频率滤波从而获取呼吸信号和心跳信号；其中，所述多普勒雷达传感器采用工作频段为10.525GHz的微波多普勒雷达探测器探头传感器HB100模块，用于向人体胸腔发射连续波雷达信号并接收回波信号进行处理后输出反应人体呼吸和心跳变化的低频信号，所述反应人体呼吸和心跳变化的低频信号依次经信号预处理模块、差分放大器、有源带通滤波器、呼吸和心跳信号分离模块和MCU模块信号处理后，所述MCU模块获取人体呼吸信号和心跳信号；所述信号预处理模块包括电压跟随器和无源滤波器，所述电压跟随器用于对输入信号进行电压跟随，所述无源滤波器用于滤除输入信号中的直流分量；所述差分放大器用于对输入信号进行放大并消除共模噪声；所述有源带通滤波器用于对输入信号进行放大并消除差模噪声；所述呼吸和心跳信号分离模块包括电平搬移电路、模数转换器和数字滤波器，所述电平搬移电路用于将输入信号的电平搬移到适合数模转换的电压范围；所述模数转换器用于将模拟量转换成离散的数字量；所述数字滤波器采用数字滤波技术在频域对呼吸信号和心跳信号进行分离；所述信号预处理模块进一步包括第十三电阻R13、第三十三电容C33、第九集成运放U9、第二十六电阻R26、第二十九电容C29、第二十五电阻R25、第十九电阻R19、第三十四电解电容C34，其中， HB100模块的第三脚与第十三电阻R13的一端、第九集成运放U9的第二脚相连接，第二雷达模块P2的第二脚与第三十三电容C33的一端相连接，第二十六电阻一端与第九集成运放U9的第四脚相连接，第二十六电阻的另一端与第九集成运放U9的第一脚、第二十九电容C29的一端相连接，第二十九电容C29的另一端与第二十五电阻R25的一端、第十九电阻R19的一端、第三十四电解电容的正端相连接，第三雷达模块P3的第三脚与第三十三电容的另一端、第九集成运放U9的第二脚、第二十五电阻R25的另一端、第三十四电解电容的负端共同与模拟地相连接；所述差分放大器进一步包括：第二十四电阻R24、第三十六电容C36、第三十九电容C39、第二十九电阻R29、第十二集成仪放U12、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第十八电阻R18、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第十八电阻R18、第三十八电容C38，其中，第二十四电阻R24一端与第三十一电容C31的一端、第十二集成仪放U12的第三脚、第三十六电容C36一端相连接，第三十六电容C36另一端与第十二集成仪放U12的第二脚、第三十九电容C39的一端、第二十九电阻的一端相连接，第十八电阻R18的一端与第十二集成仪放U12的第八脚相连接，第十八电阻R18的另一端与第十二集成仪放U12的第一脚相连接，第二十四电容C24一端与第二十五电容C25一端相连接、第十二集成仪放U12第七脚相连接，第三十七电容C37一端与第三十八电容C38一端、第十二集成仪放U12的第四脚相连接，第三十九电容C39另一端与第二十九电阻R29的另一端、第二十四电容C24的另一端、第二十五电容C25的另一端、第三十九电容C39的另一端、第三十八电容C38的另一端共同与模拟地相连接；所述有源带通滤波器进一步包括：第二十电阻R20、第三十电阻R30、第九电阻R9、第二十七电阻R27、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第七电阻R7、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第八电阻R8、第二十六电容C26、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第三十二电容C32、第二十二电容C22、第三十五电容C35、第二十三电容C23、第电容C、第八集成运放U8、第十集成运放U10、第十一集成运放U11，其中，第二十六电容C26一端与第二十七电容C27的一端、第九电阻R9的一端相连接，第二十七电容C27的另一端与第八集成运放U8的第三脚、第二十电阻R20的一端相连接，第九电阻R9的另一端与第八集成运放U8的第一脚、第二十七电阻R27一端、第十六电阻R16的一端相连接，第二十七电阻R27的另一端与第八集成运放U8的第四脚、第三十电阻R30的一端相连接，第十六电阻R16的另一端与第三十二电容C32一端、第七电阻R7的一端、第十七电阻R17一端相连接、第十七电阻R17与第十集成运放U10的第四脚、第二十二电容C22的一端相连接，第七电阻R7的另一端与第二十二电容C22的另一端、第十集成运放U10的第一脚、第二十一电阻R21一端相连接，第二十一电阻R21的另一端与第三十五电容C35一端、第二十二电阻R22一端、第八电阻R8的一端相连接、第二十二电阻R22的另一端与第十一集成运放U11的第四脚、第二十三电容C23的一端相连接，第八电阻R8的另一端与第二十三电容C23的另一端、第十一集成运放U11的第一脚相连接，第二十电阻R20另一端与第三十电阻另一端、第三十二电容C32另一端、第三十五电容C35另一端共同与模拟地相连接；所述电平搬移电路进一步包括：第二十八电容C28、第三十电容C30、第十电阻R10、第十四电阻R14、第十二电阻R12、第二十三电阻R23、第二十八电阻R28、第十一电阻R11、第十五电阻R15、第六集成运放U6、第七集成运放U7、第三二极管D3、第四二极管D4，其中，第十电阻R10一端与第十四电阻R14的一端、第二十八电容C28的一端、第六集成运放U6的第三脚相连接，第六集成运放U6第四脚与第六集成运放U6第一脚、第十二电阻R12的一端相连接，第十二电阻R12的另一端与第十一电阻R11的一端、第七集成运放U7的第三脚相连接，第二十三电阻R23一端与第二十八电阻R28的一端、第七集成运放U7的第四脚相连接，第二十八电阻R28的另一端与第七集成运放U7的第一脚、第十五电阻R15的一端相连接，第十五电阻R15的另一端与第三十电容C30的一端、第三二极管D3的正端、第四二极管D4的负端相连接，第十四电阻R14的另一端与第二十八电容C28的另一端、第十一电阻R11的另一端、第三十电容C30的另一端、第四二极管D4的正端共同与模拟地相连接；所述模数转换器进一步包括：第四十三电容C43、第四十二电容C42、第四十四电容C44、第四十八电容C48、第四十九电容C49、第四十电容C40、第三十五电阻R35、第三十二电阻R32、第十三AD转换芯片U13，其中，第四十三电容C43的一端与第四十二电容C42的一端、第十三AD转换芯片U13的第九脚相连接，第四十四电容C44的一端与第十三AD转换芯片U13的第十脚相连接，第四十八电容C48一端与第四十九电容C49的一端、第三十五电阻的一端、第十三AD转换芯片U13的第十三脚相连接，第四十电容C40一端与第十三AD转换芯片U13的第十六脚相连接，第三十二电阻R32的一端与第十三AD转换芯片U13的第一脚相连接，第四十三电容C43的另一端与第四十二电容C42的另一端、第四十四电容的另一端、第十三AD转换芯片U13的第十一脚、第十二脚、第四十八电容C48的另一端、第四十九电容的另一端共同与模拟地相连接；第四十电容C40的另一端与数字地相连接；所述数字滤波器采用零相位IIR数字滤波器。